文档介绍：第一次课: 2学时
1 题目: § 黑体辐射普朗克能量子假设
§ 光的量子性
2 目的:
1. 了解黑体辐射的实验规律和普朗克能量子假设。
2. 理解爱因斯坦的光子理论及其对光电效应和康普顿效应的解释,理解光的波粒二象性。
一、引入课题:
量子概念是1900年普朗克首先提出的,到今天的100多年期间,经过爱因斯坦、波尔、海森堡、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力,到20世纪30年代,就已经建成了一套完整的量子力学理论。这一理论是关于微观世界的理论。和相对论一起,它们已成为现代物理学的理论基础。
量子力学是一门奇妙的理论。它的许多基本概念、规律与方法都和经典物理的基本概念、规律和方法截然不同。
二、讲授新课:
§
一、黑体黑体辐射
1 热辐射(heat radiation):
1) 热辐射:辐射能量按频率的分布随温度而变的电磁辐射称为热辐射。
物体由于具有温度而辐射电磁波是物体内分子、原子的热运动引起的。
2) 热辐射的基本性质
①任何物体(气、液、固)在任何温度下都有热辐射;
②热辐射是连续光谱,各种频率都有,但强度不同;
其它电磁波谱不一定是连续谱,如原子光谱是线光谱;分子光谱是带光谱。
③辐射总功率(单位时间辐射总能)和温度有关,温度越高,辐射的能量越大。
④热辐射按频率(波长)的分布和温度有关,温度越高,短波长的电磁波的比例越大。
例如,加热铁块,随着温度的升高,其开始发光→由暗红→橙色→兰白色。
3)平衡热辐射
物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量,物体达到热平衡,称为平衡热辐射,此时物体具有固定的温度。以下只讨论平衡热辐射。
2 描写热辐射的物理量
1) 光谱辐射出射度Ml
Ml (T)定义:温度为T的物体表面在单位时间内、从物体表面辐射的、在单位波长范围内所辐射的的电磁波的能量,简称光谱辐出度。
单位:W/m3×Hz
Ml (T)表示辐射能量按频率的分布,和l、T有关;和发射体材料及表面情况有关。
2) 总辐射出射度M
M 定义:单位时间内从物体单位表面辐射的各种波长的电磁波的能量总和称为辐射出射度,简称辐出度。
M = ò0 M l (T)dl
¥
单位: W/m3
M 的大小和T有关,和发射体材料及表面情况有关。
二、黑体和黑体辐射的基本规律
1 黑体(绝对黑体)
研究热辐射规律,应利用Mn 与材料及表面状态无关的物体。
1)定义:
黑体(blackbody):任何温度下,能完全吸收照射到它上面的各种频率的光的物体。(理想模型)
实验表明:一个好的吸收体也是一个好的发射体。
一个黑白花盘子的两张照片
1100K,自身辐射光
室温下,反射光
对于平衡热辐射,物体辐射的能量和吸收的能量相同,因此黑体也能辐射各种频率的电磁波它的辐射的本领最大(和非黑体相比)。
2)黑体模型
不透明材料空腔开一个小孔。小孔
面积远小于空腔内表面积,射入的电磁
波能量几乎全被吸收。小孔能完全吸收
各种频率的入射电磁波而成为黑体。
2 黑体的光谱辐射出射度Mn 的实验曲线
nm
实验曲线的特点:
①是连续谱
② Mn和n、T有关
③每条曲线有一极值频率n,
(极值波长lm)温度越高,